Пределы закона Мура как перспектива развития квантовых технологий | Статья в журнале «Молодой ученый»

Автор:

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №7 (141) февраль 2017 г.

Дата публикации: 20.02.2017

Статья просмотрена: 178 раз

Библиографическое описание:

Головин В. С. Пределы закона Мура как перспектива развития квантовых технологий // Молодой ученый. — 2017. — №7. — С. 48-51. — URL https://moluch.ru/archive/141/39801/ (дата обращения: 26.09.2018).



Приведен обзор математического расчёта вероятностного развития технологий после достижения пределов эмпирического закона Мура. Рассматривается перспектива квантовых технологий, способных заменить современную микроэлектронику. Проанализирована существующая ситуация в плане перспектив развития новых технологий, прогнозирования технологического развития. Поставлен вопрос о возможном прогнозировании технического прогресса при бурном развитии квантовых технологий.

Ключевые слова: квантовая теория информации, квантовые технологии, квантовая криптография, закон Мура, квантовые вычисления, прогнозирование технического прогресса, графен

Закон Мура представляет собой эмпирическое наблюдение, выдвинутое Гордоном Муром в 1965 году, которое заключается в планомерном увеличении числа транзисторов размещаемых в единичном кристалле, находящемся на интегральной микросхеме, временной промежуток удваивания составляет 24 месяца (отдельно для Intel составляет 18 месяцев) [4, С. 68].

В настоящее время закон Мура является точным инструментом для прогнозирования микроэлектроники, однако, с течением времени он достигнет пределов и станет насущным вопросом поиска нового инструмента для построения прогнозов дальнейшего технологического прогресса.

С позиции математики закон Мура имеет вид:

(1)

где количество транзисторов на следующий год в соотношении с транзисторами в предыдущий год .

Пусть, длина транзистора (L) является величиной обратно пропорциональной n количеству транзисторов.

В случае, когда n будет определяться увидим, что

(2)

Здесь = соответствует размеру транзистора взятого за основу Intel в 2008 году, представляет собой величину результата в современных квантовых вычислениях.

Основываясь на то что электрон считается ограничительным пределом, а спин электрона всегда представляет собой переключатель вероятностного транзистора в будущем, справедливо вспомнить комптоновскую длину волны в рамках принципа неопределённости по Гейзенбергу, где участвуют постоянная Планка (), рассматриваемая масса электрона (), скорость света () в виде

(3)

Выполним преобразование

(4)

Сформируем уравнение

(5)

Получим решение

(6)

(7)

Решение позволяет нам сделать вывод о дате окончания действия закона Мура при условии представления частицы электрона как единичного элемента транзистора. После появится острая актуальность прогнозирования квантовых технологий [2, С. 27].

Аналогом такого материала как кремний является графен, который можно приравнять к одной из форм углерода. Потому графен уже сейчас взят на вооружение в качестве альтернативы кремнию.

Вместо выбора между 0 и 1, который предлагает современный компьютер, квантовые компьютеры предлагают три возможности выбора: 0, 1 и 01 одновременно [5]. Представляя эту возможность квантовые компьютеры могут потенциально решать некоторые проблемы гораздо эффективнее чем классические компьютеры. С квантовыми вычислениями вполне возможно виденье новых горизонтов в плане разработки новых фармацевтических препаратов, защиты облачных систем хранения данных с помощью квантовой криптографии, открытия новых граней искусственного интеллекта, разработки новых материалов для различных производств, поиск более больших объёмов данных.

Рис. 1. Перспективные технологические тенденции по Gartner (июль 2016 года)

Если мы посмотрим на перспективные технологические тенденции по Gartner за июль 2016 года (рис. 1), то можем увидеть, что вопрос Quantum Computing существует и очень активно обсуждается [3]. Однако эксперты не могут установить точное время стабильной работы квантовых компьютеров, квантовой связи, квантовой криптографии и т. п. что представляет собой единую квантовую систему на сегодняшний день [1, С. 8].

Так, квантовая криптография в будущем представляет собой большой потенциал благодаря защиты от подслушивателя, основанной на квантовой механике: невозможность копирования квантовых состояний и отсутствие достоверности состояния кубитов. При попытках проникновения в квантовый канал передачи данных с целевым желанием перехвата данных о состояниях кубитов всегда приводят к ошибочности данных на стороне принимающего что служит результирующим фактором того что перехват данных можно обнаружить довольно быстро исходя из неразборчивости получаемых данных.

Вопросами квантовой системы сейчас занимаются различные научно-исследовательские университеты мира соревнуясь в решении проблем квантовых вычислений, квантовой памяти и квантового повторителя. Последние два устройства пока не разработаны и всё что есть у экспериментальной физики сейчас — это абстрактно-математические модели на основе квантовой теории информации и лабораторные модели, однако работы ведутся. Следует отметить что наиболее перспективными и удачными в плане квантовых технологий являются сейчас Калифорнийский технологический институт (Калифорния, США) и Делфтский технический университет (Делфт, Нидерланды).

Потому с полным окончанием эры вычислительной техники на основе закона Мура наступит более интересная эра, основанная на квантовых вычислениях. Естественно, эра квантовых вычислений будет звеном в эволюционной цепочке и всплеск активности исследований в области квантовой теории информации придётся именно на XXI век (рис. 2). Так, в отличии от XX века, исследования будут сосредотачиваться на квантовой теории информации, т. к. на сегодняшний день она остаётся неполной, неким «чёрным ящиком», который ещё очень мало изучен из-за недостающих абстрактных физико-математических элементов, которые ещё предстоит исследовать.

Рис. 2. Эволюционная цепочка научных дисциплин, ведущая к квантовым технологиям

Квантовые вычисления в свою очередь рождают множество вопросов, основанных на квантовой вероятности и квантовой неопределённости. Потому, из-за большого количества вопросов квантовые технологии встречают множество противников из-за непонимания принципов развития, визуального представления, понятию вещей, которые будут меняться с течением времени с отличными интервалам, к которым мы привыкли в плане.

Квантовые вероятности будут являться основным звеном, от которого будут развиваться квантовые технологии. Интересно, что вспоминая квантовую теорию информации и затрагивая вопрос количественной оценки информации, помимо классической шенноновской энтропии добавляется ещё и расстояние следа матрицы плотности, т. е. любая классическая схема теории информации в математической интерпретации встречается с усложнением и добавлением дополнительных переменных, которые ещё более непостоянны.

Литература:

1. Головин В. С. Применение теоремы Ульмана в квантовой теории информации // Электронный научный журнал. 2016. № 11–1 (14). с. 8–11.

2. Джеймс Р. Пауэлл. Квантовое ограничение закона Мура. Технология и конструирование в электронной аппаратуре, 2009, № 3. с. 26–27.

3. Gartner's 2016 Hype Cycle for Emerging Technologies Identifies Three Key Trends That Organizations Must Track to Gain Competitive Advantage [Электронный ресурс]. URL: http://www.gartner.com/newsroom/id/3412017 (дата обращения: 03.02.2017)

4. Moore G. Moore's Law at 40 / Understanding Moore’s law: four decades of innovation. — Philadelphia: Chemical Heritage Foundation, 2006. — P. 67–84.

5. With Moore’s Law in doubt, eyes turn to quantum computing [Электронный ресурс]. URL: http://www.siliconbeat.com/2016/05/04/moores-law-doubt-eyes-turn-quantum-computing/ (дата обращения: 03.02.2017).

Основные термины (генерируются автоматически): квантовой теории информации, квантовых технологий, закона Мура, закон Мура, квантовых вычислениях, квантовые технологии, квантовой криптографии, квантовых вычислений, перспектива квантовых технологий, развитии квантовых технологий, квантовые компьютеры, плане квантовых технологий, прогнозирования квантовых технологий, современных квантовых вычислениях, эмпирического закона Мура, эра квантовых вычислений, невозможность копирования квантовых, помощью квантовой криптографии, основе квантовой теории, области квантовой теории.


Ключевые слова

квантовая теория информации, квантовые технологии, квантовая криптография, закон Мура, квантовые вычисления, прогнозирование технического прогресса, графен

Похожие статьи

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Задать вопрос